EP0179824B1 - Device for stirring or pumping - Google Patents

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EP0179824B1
EP0179824B1 EP85901951A EP85901951A EP0179824B1 EP 0179824 B1 EP0179824 B1 EP 0179824B1 EP 85901951 A EP85901951 A EP 85901951A EP 85901951 A EP85901951 A EP 85901951A EP 0179824 B1 EP0179824 B1 EP 0179824B1
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stirring
electromagnetic drive
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rotor
core
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EP85901951A
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Dieter Alex Rufer
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/45—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers
    • B01F33/452—Magnetic mixers; Mixers with magnetically driven stirrers using independent floating stirring elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S366/00—Agitating
    • Y10S366/601—Motor control

Definitions

  • the present invention relates to a device for stirring or pumping, in which a suitably shaped magnetic rotor freely rotatable in a vessel or tube is driven by a rotating magnetic field.
  • a universal device which can set the medium to be treated in universal motion, so that various functions such as stirring and pumping or other functions such as, for example, can be carried out by means of suitably shaped rotors.
  • stirrer body tends to run unevenly and jump, even if the coils are supplied with sinusoidal alternating current rather than pulsed alternating current. These phenomena reduce the maximum achievable speed and torque, and they are very disadvantageous for operational safety, especially under changing load conditions, such as can occur when chemical reactions occur in the mix.

Abstract

PCT No. PCT/CH85/00067 Sec. 371 Date Feb. 7, 1986 Sec. 102(e) Date Feb. 7, 1986 PCT Filed Apr. 30, 1985 PCT Pub. No. WO85/05046 PCT Pub. Date Nov. 21, 1985.A magnetic rotor (3) of suitable configuration is supported so that it is free to rotate in a vessel or tube, whereby the rotor is in direct contact with the stirred or pumped medium and is rotated by the rotary magnetic field of an electromagnetic drive system (2). The rotary magnetic field is generated by a number of coil segments (6,6',6'',6''') controlled by phase-shifted alternating currents (8,8'), whereby the coil segments are arranged on an annular core (4) of ferromagnetic material. With the appropriate arrangement and control of the coil segments, the rotor located near the ring axis turns very smoothly, since the presence of individual magnetic poles can be dispensed with. The annular design of the core also allows stirring to be performed in a vessel with a central outlet at the bottom. The electromagnetic drive device (1) together with its core and winding, which require only one cable lead connection to the power source arrangement (1), can be of compact, leakproof and chemically resistant design.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Rühren oder Pumpen, wobei ein in einem Gefäss oder Rohr frei drehbares und geeignet geformter magnetischer Rotor von einem drehenden Magnetfeld angetrieben wird.The present invention relates to a device for stirring or pumping, in which a suitably shaped magnetic rotor freely rotatable in a vessel or tube is driven by a rotating magnetic field.

Durch Rühren werden Flüssigkeits- oder Gasteilchen in eine zirkulierende Bewegung versetzt, wodurch vor allem Konzentrations- und Temperaturunterschiede rascher ausgeglichen werden. Rühren beschleunigt den Lösevorgang von Feststoffen und Gasen, wie auch den Stofftransport bei Extraktionen und hat bei der Durchführung von chemischen Reaktionen eine sehr grosse Bedeutung: Durch ungenügendes Rühren kann die Produktezusammensetzung und die Ausbeute verschlechtert werden oder es können sich sogar Explosionen ereignen.By stirring, liquid or gas particles are set in a circulating movement, which means that differences in concentration and temperature in particular are more quickly compensated for. Stirring accelerates the dissolving process of solids and gases, as well as the mass transfer during extractions, and is very important when carrying out chemical reactions: Inadequate stirring can deteriorate the product composition and the yield or even cause explosions.

Beim Pumpen erhält die Flüssigkeit oder das Gas vor allem eine gerichtete lineare Bewegung, was meist zum Transport des Mediums von einem Gefäss in ein anderes Gefäss ausgenützt wird. In einigen Fällen, so zum Beispiel beim Schlaufenreaktor in der chemischen Technik, werden Pumpen auch eingesetzt, um die beim Rühren erwähnten Effekte zu erreichen, in dem das Medium vom Ausgang der Pumpe wieder zum Eingang zurückgeführt wird.When pumping, the liquid or gas primarily receives a directional linear movement, which is usually used to transport the medium from one vessel to another. In some cases, for example in the loop reactor in chemical engineering, pumps are also used to achieve the effects mentioned during stirring, in which the medium is returned from the pump outlet to the inlet.

Schon lange ist deshalb ein universelles Gerät gesucht, welches das zu behandelnde Medium in universelle Bewegung versetzen kann, so, dass mittels geeignet geformter Rotoren verschiedene Funktionen ausgeführt werden können wie Rühren und Pumpen, bzw. weitere Funktionen wie z. B. Begasen des Mediums. Weiter ist es wichtig, diese Bewegung des Mediums in verschiedenen Gefässformen bzw. an beliebigen Stellen einer chemischen Apparatur einsetzen zu können, dass heisst also eine universelle Anwendbarkeit zu erreichen.For a long time, therefore, a universal device has been sought, which can set the medium to be treated in universal motion, so that various functions such as stirring and pumping or other functions such as, for example, can be carried out by means of suitably shaped rotors. B. Fumigation of the medium. Furthermore, it is important to be able to use this movement of the medium in various vessel shapes or at any point in a chemical apparatus, that is, to achieve universal applicability.

Rührer, bei denen ein permanentmagnetischer Rührkörper von einem drehenden Magnetfeld angetrieben wird, sind vor allem in chemischen Laboratorien, wo nur kleine Flüssigkeitsmengen gerührt werden müssen, weit verbreitet. Bei den bisher üblichen Rührern dieser Art wird das drehende Magnetfeld durch Rotation eines auf der Achse eines Elektromotors zentriert befestigten Permanentmagneten erzeugt.Stirrers in which a permanent magnetic stirrer body is driven by a rotating magnetic field are particularly widespread in chemical laboratories where only small amounts of liquid have to be stirred. In the stirrers of this type which have been customary hitherto, the rotating magnetic field is generated by rotating a permanent magnet which is centered on the axis of an electric motor.

Bei diesen herkömmlichen Antriebsgeräten wirkt sich das Vorhandensein von mechanisch bewegten Teilen vor allem im Dauerbetrieb, wo nicht eine ständige Überwachung stattfinden kann, nachteilig auf die Betriebssicherheit aus. Diese Geräte sind im allgemeinen aus konstruktiven Gründen voluminös und schwer, was für den Einsatz bei empfindlichen und komplizierten Glasapparaturen und für die Anwendung bei engen Platzverhältnissen, wie sie etwa in optischen Messgeräten vorkommen, nachteilig ist. Die Regelung der Drehzahl des antreibenden Motors ist aufwendig, wie auch die Konstruktion eines wasserdichten und korrosionsfesten Gerätes zum Einsatz in thermostatierten Bädern. Zudem ist die Anwendung der herkömmlichen Geräte zum Rühren in Gefässen mit einem zentralen unteren Auslass höchstens durch exzentrische Anordnung möglich, was die Rührkraft stark herabsetzt.With these conventional drive devices, the presence of mechanically moving parts, particularly in continuous operation, where continuous monitoring cannot take place, has an adverse effect on operational safety. These devices are generally voluminous and heavy for design reasons, which is disadvantageous for use with sensitive and complicated glass apparatus and for use in tight spaces, such as occur in optical measuring devices. Controlling the speed of the driving motor is complex, as is the construction of a watertight and corrosion-resistant device for use in thermostatted baths. In addition, the use of conventional devices for stirring in vessels with a central lower outlet is at most possible through an eccentric arrangement, which greatly reduces the stirring force.

Es sind verschiedene Vorschläge bekannt geworden (z. B. in Patentschrift CH-501 429), um einige dieser Nachteile dadurch zu eliminieren, dass das drehende Magnetfeld durch feststehende Elektromagnete erzeugt wird.Various proposals have become known (e.g. in patent specification CH-501 429) in order to eliminate some of these disadvantages in that the rotating magnetic field is generated by fixed electromagnets.

Bei einigen dieser vorgeschlagenen Konstruktionen neigt aber der Rührkörper zu einem ungleichmässigen Lauf und zum Springen, selbst dann, wenn die Spulen nicht mit Impulsförmigem Wechselstrom, sondern mit sinusförmigem Wechselstrom gespiesen werden. Diese Erscheinungen setzen die maximal erreichbare Drehzahl und die Drehkraft herab, sie sind besonders bei wechselnden Lastverhältnissen, wie sie bei Ablauf von chemischen Reaktionen im Rührgut vorkommen können, für die Betriebssicherheit sehr nachteilig.In some of these proposed designs, however, the stirrer body tends to run unevenly and jump, even if the coils are supplied with sinusoidal alternating current rather than pulsed alternating current. These phenomena reduce the maximum achievable speed and torque, and they are very disadvantageous for operational safety, especially under changing load conditions, such as can occur when chemical reactions occur in the mix.

Eine weitere bekanntgewordene Konstruktion (Patentschrift CH-A-671 360) versucht den unruhigen Lauf dadurch zu verhindern, dass auf der gedachten Drehachse des Rührkörpers und in dessen Nähe eine feststehende Platte aus weichmagnetischem Material, wie z. B. Mu-Metall, angebracht wird. Bei diesem Vorschlag werden aber wünschbare Eigenschaften auf Kosten der Wirksamkeit erzielt, da ja die weichmagnetische Platte den Permanentmagneten des Rührkörpers abschirmt. Zudem muss der Abstand zwischen der weichmagnetischen Platte und dem Rührkörper klein gehalten werden, um eine deutliche Wirkung zu erzielen und die Konstruktion eignet sich nicht zum Rühren in einem Gefäss mit einem zentralen unteren Auslass.Another known construction (patent CH-A-671 360) tries to prevent the restless running by a fixed plate made of soft magnetic material, such as, for example, on the imaginary axis of rotation of the stirring body and in its vicinity. B. Mu metal is attached. In this proposal, however, desirable properties are achieved at the expense of effectiveness, since the soft magnetic plate shields the permanent magnet of the stirring body. In addition, the distance between the soft magnetic plate and the stirring body must be kept small in order to achieve a clear effect and the construction is not suitable for stirring in a vessel with a central lower outlet.

Aus der Patentschrift DE-C-316 499 ist ein Verfahren zur kreisförmigen Bewegung von Flüssigkeiten bekannt geworden. Mittels eines magnetischen Drehfeldes werden in der elektrisch leitenden Flüssigkeit Wirbelströme induziert, die mit dem induzierenden magnetischen Drehfeld in Wechselwirkung treten und dadurch ein kreisförmiges Umrühren der Flüssigkeit ergeben. Das Verfahren hat den Nachteil, dass der Rührwirkungsgrad nur bei gleichzeitiger Anwendung sehr hoher magnetischer Feldstärken, hoher Drehfrequenzen des Drehmagnetfeldes und beim Vorhandensein einer hohen elektrischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit von nutzbringender Höhe ist. Bei den üblichen Dimensionen eines Rührgefässes ist die Erreichung der nötigen Feldstärken mit grossen Verlusten verbunden. Die Anwendung beschränkt sich daher praktisch auf Metallbäder. Um das Verfahren auch im Falle von Flüssigkeiten mit kleiner elektrischer Leitfähigkeit anzuwenden, wurde vorgeschlagen, der Flüssigkeit elektrisch leitende Teilchen beizugeben. Auch dieser vorschlag behebt den Nachteil eines niederen Wirkungsgrades nicht. Zusätzlich besteht noch die Schwierigkeit der Abtrennung der Vielzahl beigefügter Teilchen. Zur Erzeugung des Drehmagnetfeldes wird eine Vorrichtung nach der Art eines Ständers eines Induktionsmotor angegeben. Die Vorrichtung wird mit Drehstrom erregt.From the patent DE-C-316 499 a method for the circular movement of liquids has become known. A magnetic rotating field induces eddy currents in the electrically conductive liquid, which interact with the inducing magnetic rotating field and thereby result in a circular stirring of the liquid. The method has the disadvantage that the stirring efficiency is of a useful level only when very high magnetic field strengths, high rotational frequencies of the rotating magnetic field are used, and there is a high electrical conductivity of the liquid. With the usual dimensions of a mixing vessel, the achievement of the necessary field strengths is associated with great losses. The application is therefore practically limited to metal baths. In order to apply the method also in the case of liquids with low electrical conductivity, it has been proposed to add electrically conductive particles to the liquid. This proposal also does not overcome the disadvantage of low efficiency. In addition, there is still the difficulty of separating the multitude attached particles. A device in the manner of a stator of an induction motor is specified for generating the rotating magnetic field. The device is excited with three-phase current.

Die Offenlegungsschrift DE-A-3 320 377 erwähnt eine mit "Magnetfeldrührer" bezeichnete Vorrichtung zum Rühren von Flüssigkeiten, bei welcher "das üblicherweise durch Motor und Dauermagnet erzeugte Drehmoment durch ein gesteuertes Magnetfeld (bewirkt wird), desses Steuerung von einem in einen Steuerteil und Leistungsteil getrennten elektronischen Aufbau erzeugt wird." Das Magnetfeld wird mittels "Spulen in üblicher Weise" erzeugt, wodurch auch die mit der Anwendung der bisher üblichen Spulenanordnungen verbundenen Nachteile wie diskrete ferromagnetische Pole und damit verbundene ruckartige Bewegungen vorhanden sind. Dieser Vorschlag unterscheidet sich daher von älteren Vorschlägen nur dadurch, dass der eigentliche Elektronik-Teil in einen "Steuerteil" und einen "Leistungsteil" aufgetrennt wird. Dass beim Entwurf einer elektronischen Schaltung nötigenfalls ein spezieller Teil der Schaltung zur Vergrösserung der Ausgangsleistung vorgesehen und allenfalls getrennt angeordnet wird, ist für den Fachmann eine altbekannte Vorgehensweise. Der Nutzen dieser formalen Aufteilung ist bei den für Laborrührwerke benötigten Leistungen nicht ersichtlich.The published patent application DE-A-3 320 377 mentions a device for stirring liquids called "magnetic field stirrer", in which "the torque usually generated by the motor and permanent magnet is (caused) by a controlled magnetic field, its control from one into a control part and Power section separate electronic structure is generated. " The magnetic field is generated by means of "coils in the usual way", which also results in the disadvantages associated with the use of the coil arrangements which have been customary to date, such as discrete ferromagnetic poles and jerky movements associated therewith. This proposal therefore differs from older proposals only in that the actual electronic part is separated into a "control part" and a "power part". It is a well-known procedure for the person skilled in the art that, when necessary, a special part of the circuit for increasing the output power is provided and possibly arranged separately when designing an electronic circuit. The benefit of this formal division is not apparent in the services required for laboratory agitators.

Die Wirksamkeit der bisherigen Konstruktionen leidet oft auch darunter, dass die Elektromagnete nahe beieinander angeordnete Schenkel, Kerne oder Polschuhe aufweisen und dadurch ein wesentlicher Teil der magnetischen Feldlinien nicht zum gewünschten Wirkungsraum gelangt.The effectiveness of the previous designs often also suffers from the fact that the electromagnets have legs, cores or pole pieces arranged close to one another and as a result a substantial part of the magnetic field lines does not reach the desired effective range.

Die bisherigen Konstruktionen leiden also unter beschränkter Anwendbarkeit, unter schlechtem bzw. unregelmässigem Lauf oder unter hohen magnetischen Verlusten, sie erfordern oft einen voluminösen, aufwendigen und kostspieligen Aufbau.The previous designs therefore suffer from limited applicability, from poor or irregular running or from high magnetic losses, and often require a voluminous, complex and costly structure.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese bisherigen Nachteile zu überwinden und ein universelles Gerät zum Rühren und generellen Bewegen eines Mediums zu schaffen, welches universell anwendbar ist, kompakt und kostengünstig hergestellt werden kann und einen hohen magnetischen Wirkungsgrad aufweist.The object of the present invention is therefore to overcome these previous disadvantages and to create a universal device for stirring and general movement of a medium which is universally applicable, can be produced compactly and inexpensively and has a high magnetic efficiency.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Gerät zum Rühren oder Pumpen eines Mediums mit einer Speiseeinrichtung, einer elektromagnetischen Antriebsvorrichtung und einem im Medium befindlichen, frei drehbarem magnetischen Rotor, der beim Drehen eine rührende oder pumpende Wirkung ausübt, vorgesehen ist, wobei die Speiseeinrichtung phasenverschobene Wechselströme liefert und damit die elektromagnetische Antriebsvorrichtung erregt, welche einen ringförmigen Kern aus ferromagnetischem Material aufweist, der mit mindestens zwei feststehenden Magnetspulensegmenten in der Art eines Ringkerns bewickelt ist, wodurch die elektromagnetische Antriebsvorrichtung ein Drehmagnetfeld erzeugt, welches den Rotor in Drehung versetzt.This object is achieved according to the invention in that a device for stirring or pumping a medium is provided with a feed device, an electromagnetic drive device and a freely rotatable magnetic rotor which is in the medium and which exerts a stirring or pumping action when rotating, the feed device delivers phase-shifted alternating currents and thus excites the electromagnetic drive device, which has an annular core made of ferromagnetic material, which is wound with at least two fixed magnet coil segments in the manner of a ring core, whereby the electromagnetic drive device generates a rotating magnetic field which sets the rotor in rotation.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert. Dabei zeigen:

  • Figuren 1 und 2 das Prinzip einer ersten und einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
  • Figur 3 den Querschnitt eines gewickelten Kerns zusammen mit einem Gefäss mit unterem Auslass,
  • Figur 4 eine dritte Ausführungsform einer elektromagnetischen Antriebsvorrichtung, welche sich öffnen lässt,
  • Figur 5 den Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform als Pumpe,
  • Figur 6 eine Variante der Lagerhalterung der Ausführungsform von Figur 5.
In the following the invention is explained for example with reference to the drawings. Show:
  • Figures 1 and 2 the principle of a first and a second embodiment of the invention.
  • FIG. 3 shows the cross section of a wound core together with a vessel with a lower outlet,
  • FIG. 4 shows a third embodiment of an electromagnetic drive device that can be opened,
  • FIG. 5 shows the longitudinal section of a further embodiment as a pump,
  • FIG. 6 shows a variant of the bearing holder of the embodiment from FIG. 5.

Das Ausführungsbeispiel in Figur 1 zeigt eine Speiseeinrichtung 1, welche drei je 1200 zueinander phasenverschobene Wechselströme 7, 7', 7" liefert und welche über eine Zuleitung 9 auf drei Magnetspulensegmente 5, 5', 5" der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung geführt werden. Ein ringförmiger Kern 4 aus weichmagnetischem Material ist in der Art eines Ringkerns mit diesen Magnetspulensegmenten bewickelt. Durch Erregung der Spulensegmente mittels der phasenverschobenen Wechselströme entsteht in der Umgebung der Achse des ringförmigen Kerns ein drehendes Magnetfeld, welches einen frei drehbaren magnetischen Rotor 3, hier in Form eines permanentmagnetischen Rührkörpers, in Drehung versetzt. Weichmagnetische Ringkerne sind handelsübliche Produkte und werden mit einer anderen Beschaltung der Wicklung oder der Wicklungen in streufeldarmen Drosseln, Übertragern und Transformatoren verwendet.The embodiment in Figure 1 shows a feeding device 1, three 120 0 mutually phase-shifted alternating currents 7, 7 ', 7 "supplies and which via a feed line 9 on three magnetic coil segments 5, 5', 5" of the electromagnetic drive device can be performed. A ring-shaped core 4 made of soft magnetic material is wound with these magnet coil segments in the manner of a ring core. By excitation of the coil segments by means of the phase-shifted alternating currents, a rotating magnetic field is created in the vicinity of the axis of the annular core, which rotates a freely rotatable magnetic rotor 3, here in the form of a permanent magnetic stirring body. Soft magnetic toroidal cores are commercially available products and are used with a different connection of the winding or the windings in low-stray chokes, transformers and transformers.

Figur 2 zeigt schematisch eine besonders einfache und wirkungsvolle Ausführungsform mit vier Magnetspulensegmenten 6, 6', 6", 6"', welche aber mit nur zwei um zirka 90° phasenverschobenen Wechselströmen 8, 8' angesteuert werden. Der ringförmige Kern hat, wie auch bei der ersten Ausführungsform von Figur 1, keine diskreten ferromagnetischen Pole. Die vier Wicklungen sind möglichst symmetrisch auf dem Kern 4 angeordnet und das Kernmaterial hat weichmagnetische Eigenschaften und möglichst feldstärkenunabhängige Permeabilität. Es ergibt sich dann bei Ansteuerung mit sinusförmigen, um 90° phasenverschobenen Wechselströmen ein sehr gleichmässiges Drehmagnetfeld. Da der in der Nähe der Achse des ringförmigen Kerns befindliche Rührkörper bzw. Rotor 3 nicht an diskreten ferromagnetischen Polen hängenbleiben kann, wird er in eine gleichmässige Drehung versetzt. Diese Gleichmässigkeit der Drehung ist für eine gute Übertragung der Rührkraft und für eine hohe maximale Drehzahl sehr wesentlich.FIG. 2 schematically shows a particularly simple and effective embodiment with four magnet coil segments 6, 6 ', 6 ", 6"', which, however, are controlled with only two alternating currents 8, 8 'which are phase-shifted by approximately 90 °. As in the first embodiment of FIG. 1, the ring-shaped core has no discrete ferromagnetic poles. The four windings are arranged as symmetrically as possible on the core 4 and the core material has soft magnetic properties and permeability which is as independent of the field strength as possible. When actuated with sinusoidal alternating currents that are 90 ° out of phase, a very uniform rotating magnetic field is obtained. Since the stirring body or rotor 3 located in the vicinity of the axis of the ring-shaped core cannot get caught on discrete ferromagnetic poles, it is set in a uniform rotation. This uniformity of rotation is very important for good transmission of the stirring force and for a high maximum speed.

Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch den bewickelten Kern dieser zweiten Ausführungsform. Der Rührkörper bzw. Rotor 3 befindet sich mit der zu rührenden Flüssigkeit bzw. Medium 12 in einem Gefäss 11. Dieses Gefäss kann auch mit einem zentralen unteren Auslass 13 ausgerüstet sein, der z. B. mit einem Hahn 15 verschlossen ist. Solche Gefässe werden in chemischen Laboratorien vielfach gebraucht. Die Speiseeinrichtung 1, welche die Wechselströme liefert, ist mit einem mehradrigen Kabel als Zuleitung 9 mit der Bewicklung des Kerns verbunden. Die Wicklungen der Magnetspulensegmente 6, 6', 6", 6"' und der Kern 4 sind mit geeigneten Kunststoffmassen, wie z.B. Epoxidharz, imprägniert und beschichtet 10. Dadurch wird dieser Teil des Gerätes z. B. auch zur Anwendung in einem Wasserbad geeignet. Je nach Medium und Anwendung können verschiedene geeignete Beschichtungen, Schutzschichten oder Umhüllungen angebracht werden zum Schutze gegen Korrosion oder Funktionsbeeinträchtigungen.Figure 3 shows a cross section through the wound core of this second embodiment. The stirring body or rotor 3 is located with the liquid or medium 12 to be stirred in a vessel 11. This vessel can also be equipped with a central lower outlet 13 which, for. B. is closed with a tap 15. Such vessels are widely used in chemical laboratories. The feed device 1, which supplies the alternating currents, is connected to the winding of the core with a multi-core cable as feed line 9. The windings of the magnetic coil segments 6, 6 ', 6 ", 6"' and the core 4 are made with suitable plastic materials, such as Epoxy resin, impregnated and coated 10. This part of the device is z. B. also suitable for use in a water bath. Depending on the medium and application, various suitable coatings, protective layers or coverings can be applied to protect against corrosion or functional impairments.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, wobei die elektromagnetische Antriebsvorrichtung 2 aus zwei Teilen 19 und 19' besteht, welche sich um ein an einer Halterung 18 befindliches Gelenk 16 öffnen lassen. Durch die Möglichkeit des Öffnens der Antriebsvorrichtung wird die Installation in vielen Fällen erleichtert. In Figur 4 ist der Ring in der zum Gebrauch geschlossenen Form gezeigt, die beiden Ringteile werden durch eine Schliessvorrichtung 17 zusammengehalten, welche beispielsweise aus zwei Haftmagneten oder aus einem Riegel bestehen kann. Der Kern und die Bewicklung sind auch hier korrosionsfest imprägniert und beschichtet und durch die Zuleitung 9 mit der Speiseeinrichtung 1 verbunden.FIG. 4 shows a further embodiment, the electromagnetic drive device 2 consisting of two parts 19 and 19 ', which can be opened around a joint 16 located on a holder 18. The possibility of opening the drive device makes installation easier in many cases. In Figure 4 the ring is shown in the closed form for use, the two ring parts are held together by a locking device 17, which can consist for example of two holding magnets or a bolt. The core and the winding are also impregnated and coated in a corrosion-resistant manner and connected to the feed device 1 by the feed line 9.

Figur 5 zeigt den Längsschnitt einer weiteren, als Pumpe dienenden Ausführungsform der Erfindung. Hier umgibt der bewickelte und beschichtete Kern 4 ein Rohr 23, welches das Medium in der durch den Pfeil A angegebenen Richtung führt. Ein speziell geformter magnetischer Rotor 3' im Innern des Rohres entfaltet dabei durch die Wirkung von Flügeln beim Drehen eine pumpende Wirkung. Zwei Lagerelemente 20 des Rotors werden dabei von den Lagerhalterungen 21 aufgenommen. Letztere sind durch elastische Einspannelemente 22 im Innern des Rohres fixiert.FIG. 5 shows the longitudinal section of a further embodiment of the invention serving as a pump. Here the wound and coated core 4 surrounds a tube 23 which guides the medium in the direction indicated by the arrow A. A specially shaped magnetic rotor 3 'in the interior of the tube has a pumping effect due to the action of vanes when rotating. Two bearing elements 20 of the rotor are received by the bearing brackets 21. The latter are fixed in the interior of the tube by elastic clamping elements 22.

Die Erfindung kann auch zur Erhöhung der Stoffaustauschgeschwindigkeit beim Begasen von Flüssigkeiten oder beim Extrahieren nutzbringend angewendet werden. Dabei wird der magnetische Rotor 3' als geeigneter Begasungs- oder Extraktionskörper ausgebildet, vorzugsweise mit senkrechter Achse, durch ein erfindungsgemäss erzeugtes Drehmagnetfeld angetrieben. Der Rotor kann dabei beispielsweise durch ein oder zwei der in den Figuren 5 oder 6 gezeigten Lagerhalterungen 21 gestützt werden.The invention can also be used to increase the rate of mass transfer when gassing liquids or when extracting. The magnetic rotor 3 'is designed as a suitable gassing or extraction body, preferably with a vertical axis, driven by a rotating magnetic field generated according to the invention. The rotor can be supported, for example, by one or two of the bearing brackets 21 shown in FIGS. 5 or 6.

Die zwei um 90° phasenverschobenen Wechselspannungen der Speiseeinrichtung zur Ansteuerung eines ringförmigen Kerns mit vier Wicklungen können beispielsweise mit einem handelsüblichen integrierten Funktionsgenerator, zusammen mit anderen elektronischen Bauelementen, synthetisiert werden. Der Sinus-Ausgang ist die eine Phase. Mit vier Analog-Rechenschaltungen und einem vierfach AnalogMultiplexer wird aus dem Signal des Dreieck-Ausgangs eine um 90° phasenverschobene Dreieckspannung erzeugt. Ein geeigneter Dreieck-Sinus-Wandler liefert daraus die zweite Phase. Die Wechselspannungen können auch digital erzeugt und mit einem DA-Wandler in ein analoges Signal umgewandelt werden.The two alternating voltages of the supply device for controlling an annular core with four windings, which are phase-shifted by 90 °, can be synthesized, for example, together with other electronic components using a commercially available integrated function generator. The sine output is one phase. With four analog arithmetic circuits and a quadruple analog multiplexer, a triangle voltage that is 90 ° out of phase is generated from the signal of the triangle output. A suitable triangle-sine converter delivers the second phase. The AC voltages can also be generated digitally and converted into an analog signal using a DA converter.

Oft ist es nötig, beim Starten die Drehzahl an der Speiseeinrichtung langsam auf den gewünschten Wert zu steigern, damit der Rotor nicht aus dem Takt fällt. Bei einer fünften Ausführungsform der Erfindung wird dieser Startvorgang durch die Schalterbetätigung automatisch ausgeführt. Die entsprechende elektrische Schaltung wird besonders einfach, wenn ein spannungsgesteuerter Oszillator als frequenzgebendes Element verwendet wird. Die mittlere Anstiegsgeschwindigkeit der Frequenz kann als Parameter, beispielsweise an einem variablen Widerstand, über den ein Kondensator aufgeladen wird, gewählt werden. Bei digitaler Erzeugung der Wechselspannung lässt sich die Startautomatik softwaremässig verwirklichen durch ein Speiseprogramm für den Ablauf der Speiseströme und damit der Bewegung des Rotors. Manchmal wird beim Rühren die Umkehr der Rührrichtung nach einer gewissen Zeit oder auch nur ein Rütteln des Rührkörpers gewünscht. Auch diese Ausführungsformen lassen sich unschwer verwirklichen.It is often necessary to slowly increase the speed at the feed device to the desired value when starting so that the rotor does not fall out of cycle. In a fifth embodiment of the invention, this starting process is carried out automatically by the switch actuation. The corresponding electrical circuit is particularly simple if a voltage-controlled oscillator is used as the frequency-giving element. The average rate of rise of the frequency can be selected as a parameter, for example on a variable resistor, via which a capacitor is charged. When the AC voltage is generated digitally, the automatic start function can be implemented in software using a feed program for the flow of the feed currents and thus the movement of the rotor. Sometimes it is desired to reverse the direction of stirring after a certain time or even to shake the stirring body. These embodiments are also easy to implement.

Als weitere vorteilhafte Ausführungsform kann die Antriebsvorrichtung 2 zusätzlich mit einer Heiz- oder Kühleinrichtung kombiniert werden. In Figur 3 ist der bewickelte ringförmige Kern in eine Heizkalotte 14 eingebaut, eine vor allem zum Destillieren und Durchführen von chemischen Reaktionen in Rundkolben geeignete Version.As a further advantageous embodiment, the drive device 2 can additionally be combined with a heating or cooling device. In FIG. 3, the wound annular core is built into a heating cap 14, a version which is particularly suitable for distilling and carrying out chemical reactions in round-bottom flasks.

Der anspruchsgemässe Umfang der Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Beispiele begrenzt. So können beispielsweise praktisch nützliche Geräte auch mit anderen als den beschriebenen Phasenverschiebungen, Kurvenformen oder Anordnungen der Spulen auf dem ringförmigen Kern gebaut werden. Die Spulensegmente in den Figuren 1 und 2 sind symbolische Darstellungen und machen keine Angaben über die Anzahl der Windungen pro Spulensegment. Die Windungszahlen der Magnetspulen ergeben sich aus der benötigten magnetischen Durchflutung und der Stromstärkeamplitude der Speiseeinrichtung. Der ringförmige ferromagnetische Kern kann aus massivem, oder zur Verminderung von Wirbelströmen, unterteiltem Material gefertigt sein. Die Segmentierung des Kerns kann zur kostengünstigen Herstellung der elektromagnetischen Antriebsvorrichtung beitragen.The scope of the invention as claimed is not limited to the examples described here. For example, practically useful devices can also be built with phase shifts, curve shapes or arrangements of the coils on the ring-shaped core other than those described. The coil segments in FIGS. 1 and 2 are symbolic representations and make no information about the number of turns per coil segment. The number of turns of the solenoid coils result from the magnetic flux required and the current amplitude of the feed device. The ring-shaped ferromagnetic core can be made of solid material or a material that is divided to reduce eddy currents. The segmentation of the core can be used to produce the electromagnetic drive device at low cost contribute.

Es gab schon früher einen Vorschlag (Patentschrift CH-A-612 855 für eine Anordnung von feststehenden Magnetspulen, welche es gestatten würde, z. B. in einem Gefäss mit einem zentralen unteren Auslass zu rühren. Dabei wurden einzelne Spulen mit ihren Kernen im Inneren eines Ringes radial angeordnet. Der Ring diente bei diesem Vorschlag nur als magnetiches Joch und nicht als Spulenkern. Die wesentliche Verbesserung durch die vorliegende Erfindung ist die Verwendung eines ringförmigen Kerns, womit auf diskrete ferromagnetische Pole verzichtet werden kann. Obschon diskrete ferromagnetische Pole im allgemeinen schädlich und daher nicht wünschenswert sind, schliesst die vorliegende Erfindung die zusätzliche Anwendung solcher Pole in einem speziellen Bedarsfall nicht aus.There was previously a proposal (patent specification CH-A-612 855 for an arrangement of fixed magnetic coils which would allow, for example, stirring in a vessel with a central lower outlet. Individual coils with their cores were inside The ring served in this proposal only as a magnetic yoke and not as a coil core. The essential improvement of the present invention is the use of a ring-shaped core, with which discrete ferromagnetic poles can be dispensed with. Although discrete ferromagnetic poles are generally harmful and therefore are not desirable, the present invention does not preclude the additional use of such poles in a special need.

Claims (9)

1. Apparatus for stirring or pumping a medium with a supply means (1), an electromagnetic drive means (2) and a freely rotatable magnetic rotor (3) wholly or partly located in the medium and which exerts a stirring or pumping action during rotation, characterized in that the supply means (1) supplies phase shifted alternating currents and consequently energizes the electromagnetic drive means (2), which has an annular core (4) made from a ferromagnetic material, which is wound with at least two fixed magnet coil segments (5, 5',5") in the manner of a ring core, so that the electromagnetic drive means produces a rotary magnetic field, which rotates the rotor (3).
2. Apparatus for a stirring or pumping according to claim 1, characterized in that the annular core (4) has no discrete ferromagnetic poles.
3. Apparatus for stirring or pumping according to claim 1, characterized in that the supply means (1) supplies at least two phase shifted alternating currents.
4. Apparatus for stirring or pumping according to claim 1, characterized in that the electromagnetic drive means (2) has four coil segments (6, 6', 6", 6"') in a substantially symmetrical arrangement and which are interconnected pairwise and that they are energized by two phase shifted alternating currents (8, 8').
5. Apparatus for stirring or pumping according to claim 1, characterized in that the electromagnetic drive means (2) comprises at least two parts (19, 19'), which are interconnected in a separable or pivotable manner and each part only contains entire magnet coil segments.
6. Apparatus for stirring or pumping according to claim 1, characterized in that the electromagnetic drive means (2) is protected by a coating or covering and that the electromagnetic drive means (2) can be inserted in the medium.
7. Apparatus for stirring or pumping according to claim 1, characterized in that the supply means (1) supplies a programmed supply sequence, which permits modifications to the frequency, amplitude or rotation direction, the program parameters being selectable.
8. Apparatus for stirring or pumping according to claim 1, characterized in that a bearing (20, 21) is fitted to at least one side of the rotor (3') and is fixed by elastic elements (22) in the interior of a vessel or tube (23).
9. Apparatus for stirring or pumping according to claim 1, characterized in that the electromagnetic drive means (2) is additionally provided with a heating or cooling device (14).
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